Den här konstnärens koncept från NASA illustrerar ett stjärnsystem som är en mycket yngre version av vårt eget. Dammiga skivor, som den som visas här kring stjärnan, tros vara grogrunden för planeter, inklusive steniga sådana som jorden. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Ett internationellt team av astronomer inklusive Stella Offner från University of Texas i Austin har föreslagit en ny metod för bildandet av aluminium-26 i stjärnsystem som bildar planeter. Eftersom dess radioaktiva sönderfall tros ge en värmekälla för planeternas byggstenar, kallas planetesimals, det är viktigt för astronomer att veta var aluminium-26 kommer ifrån. Deras forskning publiceras i det aktuella numret av The Astrophysical Journal .
"Atomer som aluminium och dess radioaktiva isotop aluminium-26 tillåter oss att utföra solsystemsarkeologi, "" sa Offner. "Det är spännande att överflöden av olika atomer idag kan ge ledtrådar om bildandet av vårt solsystem för miljarder år sedan."
Sedan upptäckten i Allende-meteoriten 1976, astronomer har diskuterat ursprunget till den avsevärda mängden aluminium-26 i vårt tidiga solsystem. Vissa har föreslagit att det blåstes hit av supernovaexplosioner och vindar från massiva stjärnor. Dock, dessa scenarier kräver en hel del chanser:Vår sol och planeter skulle behöva bildas på exakt rätt avstånd från massiva stjärnor, som är ganska sällsynta.
Offners team har föreslagit en förklaring som inte kräver en extern källa. De föreslår att aluminium-26 bildades nära den unga solen i den inre delen av dess omgivande planetbildande skiva. När material föll från skivans inre kant på solen, det skapade stötvågor som producerade högenergiprotoner som kallas kosmiska strålar.
Lämna solen med nästan ljusets hastighet, de kosmiska strålarna slog in i den omgivande skivan, kolliderar med isotoperna aluminium-27 och kisel-28, ändra dem till aluminium-26.
På grund av dess mycket korta halveringstid på cirka 770, 000 år, aluminium-26 måste ha bildats eller blandats in i den unga solens omgivande planetbildande skiva strax före kondenseringen av den första fasta substansen i vårt solsystem. Det spelar en viktig roll i bildandet av planeter som jorden, eftersom det kan ge tillräckligt med värme genom radioaktivt sönderfall för att producera planetariska kroppar med skiktade inre (som jordens fasta kärna toppad av en stenig mantel och däröver, en tunn skorpa). Det radioaktiva sönderfallet av aluminium-26 hjälper också till att torka ut tidiga planetesimaler för att producera vattenfattiga, steniga planeter.
Detta schema över den föreslagna mekanismen visar en genomskuren vy av en ung stjärna och den gasskiva som omger den, där planeter kan bildas. Gaspaketet som Offners team modellerade är avbildat som ett kluster av röda prickar. Den "inre skivan" är området från stjärnan ut till jordens avstånd från solen (1 astronomisk enhet, eller cirka 93 miljoner miles). En del av den anrikade utflödesgasen kan falla på skivan där den kosmiska strålningen är svag. Regionerna I och II betecknar olika regioner för transport av kosmisk strålning. Kredit:Brandt Gaches et al./Univ. av Köln
Aluminium-26 verkar ha ett ganska konstant förhållande till isotopen av aluminium-27 i de äldsta kropparna i vårt solsystem, kometerna och asteroiderna. Sedan upptäckten av aluminium-26 i meteoriter (som är chips av asteroider), en betydande mängd ansträngningar har riktats mot att hitta en rimlig förklaring till både dess introduktion i vårt tidiga solsystem och det fasta förhållandet mellan aluminium-26 och aluminium-27.
Offners team fokuserade sina studier på en övergångsperiod under solens bildning:när gasen som omger den unga stjärnan blir utarmad och mängden gas som faller på solen minskar avsevärt. Nästan alla unga stjärnor genomgår denna övergång under de senaste tiotals till hundratusentals år av bildning.
När vår sol bildades, infallande gas följde magnetfältslinjer till dess yta. Detta producerade en våldsam chockvåg, "tillväxtchocken, " som accelererade kosmiska strålar. Dessa kosmiska strålar strömmade utåt tills de träffade gas i den planetbildande skivan och orsakade kemiska reaktioner. Forskarna beräknade olika modeller för denna process.
"Vi fann att låga ansamlingshastigheter kan producera mängden aluminium-26, och förhållandet mellan aluminium-26 och aluminium-27 som finns i solsystemet, sa tidningens huvudförfattare, Brandt Gaches från Tysklands universitet i Köln.
Den föreslagna mekanismen är generellt giltig för ett brett spektrum av stjärnor med låg massa, inklusive solliknande stjärnor. Det är i dessa system som astronomer har upptäckt de flesta exoplaneter som nu är kända.
"Kosmiska strålar som accelererades av ackretion till bildande av unga stjärnor kan ge en allmän väg för anrikning av aluminium-26 i många planetsystem, " avslutade Gaches, "och det är en av de stora frågorna om den föreslagna mekanismen för acceleration genom stötvågor kommer att observeras i bildandet av stjärnor."
